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冲压设备事故分析与防范(冲床保护器，安全光栅)




　　冲压设备(冲床保护器，安全光栅)事故分析与防范

　　冲压机械作业又称压力加工，是机械制造的基础工艺之一，在工业生产中占有重要的地位， 冲压生产是一种少切削或无切削的加工方法，由于效率高、质量好、成本低，因而在现代工业生产中占有十分重要的地位。
　　据国外有关资料介绍，在冲床上出现的人身事故比一般机械行业高三倍，我国尚有90%以上的各型冲压设备(冲床保护器，安全光栅)无安全技术性措施。冲压机床被人形容为“喜欢吃人手指的铁老虎”，尽管随着劳动安全法的颁布，许多生产厂家在保护劳动者的安全问题上采取了许多保护措施，但是可靠、方面、适用面广的防护装置仍然不普及，加上由于设备上的缺陷和生理心理影响所造成的违规操作，事故仍然不断发生。

　　2冲压设备(冲床保护器，安全光栅)性能参数
　　2.1曲柄压力机的工作原理
　　电动机输入的动力通过带传动系统传到曲柄连杆机构上，通过曲轴旋转运动，带动连杆上下摆动，将曲轴旋转运动转化为滑块沿着固定机身上的导轨的往复直线运动。
　　在电动机电源不被切断的情况下，滑块的动与停是通过操纵脚踏开关控制离合器和制动器实现的。踩脚踏器开关，制动器松闸，离合器结合，将传动系统与曲柄连杆机构连通，动力输入，滑块滑动；当需要滑块停止运动时，松开脚踏开关，离合器分离，将传动系统与曲柄连杆机构脱开，同时运动惯性被制动器有效的制动，使滑块及时停止。
　　滑块有两个极端位置，当曲柄与连杆运行展成一条直线，滑块达到下极限位置，称为下死点；当曲柄与连杆运行到重合并称一条直线，滑块达到上极限位置，称为上死点，在这两个位置滑块的运动速度为零，加速度最大，滑块丛上死点到下死点的直线距离称为滑块的行程。当曲柄与铅垂线的夹角达到某一值时，实施对工件的冲压瞬间，工件变形力通过滑块和连杆作用在曲轴上。然后滑块到达最低位置下止点，继而上行程，开始下一个工作循环。


　　图1 曲柄压力机工作原理
　　Fig1 the working principle of crank press2.2曲柄压力机的主要技术参数
　　1、公称压力Pg(N、kN)。即额定压力，是指滑块距离下止点前某一特定距离（即公称压力行程）或曲柄旋转到离下止点前某一特定角度（即公称压力角）时，滑块所允许承受的最大作用力2、滑块行程S（mm）。从上死点到下死点的直线距离。
　　3、滑块单位时间的行程次数n。滑块每分钟从上死点到下死点再回到上死点的往返次数。压力机的行程次数应根据生产率要求确定，同时手工操作时必须考虑操作者的操作频率不能超过承受能力，以免造成疲劳作业。
　　4、装模高度H（mm）。滑块在下死点时，滑块底平面到工作垫板上表面的距离。当滑块调节到上极限的位置时，装模高度达到最大值，成为最大装模高度。
　　封闭高度是指滑块在下死点时，滑块底平面到工作台上表面的距离。垫板厚度是封闭高度与装模高度之差。
　　其他参数还有工作台板和滑块底面尺寸、喉深、以及立柱间距等，装设安全装置是要考虑这些参数。
　　3冲压机械作业危险源辨识
　　冲压作业具有较大危险性和事故多发性的特点，且事故所造成的伤害一般都较为严重，所以相当一部分冲压作业人员在生产中心存畏惧，心理负担较重，对作业安全有很大影响。
　　冲压作业造成伤害事故的原因有人员、设备、模具、工艺、环境５个方面的因素。
　　3.1人是实现安全生产的中心环节
　　冲压生产是连续重复作业，大部分中小企业基本上采用的是手工操作。由于要求高速度、高生产效率，一个班次必须成千上万次重复用手送、取产品，体力消耗极大。
　　1、工作时间长了，容易使操作者产生麻痹思想，导致失误引起事故。
　　2、各级领导生产组织安排不当，安全生产规章制度不严，安全管理不善，违章指挥，不重视安全生产。
　　3、操作工人违章操作、侥幸冒险、任性急躁、骄傲轻率。
　　4、多人集体操作的大型冲压机床，如果配合不够协调，容易发生事故。
　　3.2冲压设备(冲床保护器，安全光栅)对安全生产的影响1、使用带病运行的设备极易发生事故。
　　2、设备在运行过程中还会受到经常性的强烈冲击和震动，使一些零部件变形、磨损以至碎裂，引起设备动作失控而发生危险的连冲或其他事故。
　　3、设备的的开关控制系统出于人为或外界因素引起的误动作。
　　4、设备的转动、传动部位可能造成机械性伤害事故。压力机在冲压作业过程中，使人员受到冲头的挤压、剪切伤害的事件称为冲压事故。冲压事故发生频率高、后果严重，是压力加工最严重的伤害。机械伤害还包括与其他运动零件的接触伤害、冲压工件的飞击伤害等。
　　3.3作业环境的危险
　　作业环境中的危险因素是多方面的，但从导致冲压事故的可能来看，主要是以下几个方面：
　　1、设备布局不合理，可能造成相互干扰，从而导致操作失误2、工位器具和材料摆放无序，此情况下作业人员操作难易达到标准化的要求3、机台附近物品堆放过多、过乱，由于工件和材料不能及时转送，废料不及时清理，可能是物品堆放过多而倒塌，以致触碰开关而使冲床误动作。
　　4、座位不稳、高度不当，这会使作业人员操作时动作勉强，重心不稳，从而易于疲劳或身体失衡发生意外。
　　5、噪声危害和机械振动伤害等，冲击和噪声会影响人体的生理和心理状态，会造成注意力难易集中，动作准确性下降等。
　　3.4冲压模具存在的不安全因素
　　模具负担着使工件加工成型的主要功能，是整个系统能量的集中释放部位。模具的不安全状态直接关系到操作人员的人身安全与冲压生产的正常进行。
　　如果在冲压模具结构设计过程中，既没有考虑使用方便的安全工具，又没有考虑到尽量保证进料、定料、出件、清理废料等方便的安全因素，使操作者的手部在模具闭合区内停留的时间太长，势必造成事故。因此，科学安全地进行模具设计十分重要。


　　3.5工艺文件对安全生产的影响
　　工艺文件既是生产依据，也是执行工艺纪律的重要依据。记载冲压加工工艺过程的典型文件是工艺规程，它应包括由原材料的准备直到冲制出成品的全部过程。但是，大多数工艺文件上没有明确注明安全要求和安全技术措施等有关规定。加之现有的冲压安全规程不完善，以至在实际生产过程中，长期存在着手伸入模具内操作的状况，使安全管理流于形式，操作者忽视使用安全装置和工具而冒险作业，造成事故。


　　4冲压安全事故案例统计分析
　　4.1 事故案例及其分析
　　1、伤者情况
　　姓名：李某。性别：男；年龄： 17周岁；入厂时间：2011年4月14日，该职工经过入厂三级安全教育，并经考核合格。
　　2、事故经过
　　2011年4月17日晚18:30分左右,钣金组根据生产需要,安排所有人员回厂加班.经工艺员确认后,在19:15左右,班组长安排王某(2003年2月18日入厂)在63吨气动冲床上给李某等三名新工示范操作冲孔工序,准备让其上岗操作.该外箱板操作时需要两人合作操纵，王某讲完操作程序和注意事项并示范操作后,看着李某和另外一名新工人取出待加工的新板材.离开和另外一名新工在旁边80吨冲床上配作业,约19:30分左右,当李某伸左手入模取冲孔落料时,左手食指、中指、无名指和小指突然被下降的上模压住，王某立即操纵机器将其手拉出，发下左手的中指已从第二指节处压断，食指、中指、无名指也只有皮肉相连。
　　3、事故原因分析


　　（1）导致这起事故的直接原因是：①操作者违章作业  在无辅助工具的情况下直接将后伸入模具危险区内，取冲压余料。
　　②设备上无安全防护装置，使用脚踏开关。该设备曾与2002年6月封存，一些配件被挪作他用，2003年3月底重新启用时原有的光电保护装置已失效，启用后又为配备新的光电设置。此次，由于此次加工的板材厂、宽度均超出设备宽度，不便使用双手按钮操作，车间在改造设备时安装了脚踏式开关。
　　（2）导致这起事故的间接原因：①违章指挥 在李某等新工未经考核取得上岗证的情况下，车间、班组违章指挥安排其独立上岗操作。
　　另外，车间、班组未配备适当的辅助工具，在设备本质安全得不到保证的情况下安排生产，增加了事故发生的可能性。
　　②新人岗位培训管理不规范  李某等新工是刚从技校毕业的学生，无任何工作经验，按规定其岗位培训必须实行以老带新的方法。班组长安排的李某等3名新工的师傅王某，本人也是2003年2月18日刚进厂的新工，本身经验不足，经调查，王某根本不清楚冲压作业手不入模的基本要求。
　　③工装模具的缺陷 GE柜未向冲孔模，因设计，有一块长38.5cm、宽15、5cm的余料无落料孔，必须由操作者将余料从危险区取出，这是导致不正确取料操作的一个原因。
　　④设备存在安全隐患 按照冲压设备(冲床保护器，安全光栅)安全性评价有关标准，冲压设备(冲床保护器，安全光栅)的安全防护装置必须可靠有效方可投入使用。但该设备启用后未经验收，原有的安全防护装置，如光电保护装置、双手式按钮全部拆除，不符合生产的使用要求。


　　（3）导致这起事故的深层次原因分析：①公司用工计划及培训制度存在缺陷。一方面，在机械行业中冲减压操作属于特种作业，工人必须经过培训考核合格后才能上岗操作。4月14日进厂的新工刚从技校毕业，即无培训考核，又无冲压操作经验。另一方面，在职熟练工人数量锐减，新工人的岗位培训难以执行以老带新的制度。
　　②生产组织及生产的前期准备工作不足。车间、设备及工艺部门未对新工艺、新模具、新启用设备进行安全性评价验收。工装模具方面，由于订单式生产，模具从设计到交模周期短。技术部门既无《工装设计任务书》，也难以对模具的设计进行有效的控制。模具回厂后，也未进行安全性审评；在设备及工具准备方面，车间于当日下午4点安装模具，并根据设备及板材的大小将冲床的双手按钮操作改为脚踏开关操作，但需要配备的手持工具，并未准备到位。
　　4.2冲压事故规律统计
　　据国外有关资料介绍，在冲压车间每年有20%的工人受伤，平均停工时间12天，其中伤手50%，伤眼20%，伤脚8%。
　　而这方面未见国内的统计分析材料，现介绍一份日本多年前的相关资料，其所反应的情况基本也与我国现在的情况相符，见附图如下：
　　图2 按作业方法和工艺类别统计的冲压事故示例Fig2 Accident sample statistics according to the method of operation and process category stamping4.3 冲压设备(冲床保护器，安全光栅)安全分析造成冲压设备(冲床保护器，安全光栅)人身伤害事故的原因与冲压设备(冲床保护器，安全光栅)和模具安全状况、生产环境的不安全因素有着密不可分的联系，下面利用鱼刺图和事故树法对其进行分析研究，能够有效的了解伤害事故原因与结果之间的因果、逻辑关系。
　　使用鱼刺图法分析事故，可以使复杂的原因系统化，条理化，把主要原因搞清楚，也明确了预防对策。
　　图3 冲床鱼刺图
　　Fig3 The punch diagram
　　事故树分析描述了事故发生和发展的动态过程，便于找出事故的直接原因，而且能深入的揭示出事故发生的潜在原因，以冲床冲手事件为顶上事件进行安全分析。
　　图4 冲床事故树
　　Fig4 Punch accident tree
　　图5 冲床成功树
　　Fig5 Press success tree
　　由上面的事故树我们可以看到，最小割集可以达到900多个，所以我们可以利用成功树来进行分析。
　　由成功树可写出结构函数为
　　T’=A1’+A2’+A3’
　　=B1’+B2’+B3’X19’+B4’X20’X22’
　　=X1’X2’X3’X4’X5’+X6’X7’X8’X9’X10’X12’X13’X14’X15’+X6’X11’X12’X13’X14’X15’+X16’X17’X18’X19’+X13’X14’X15’X20’X21’
　　而得到5组成功树的最小径集
　　P1={X1, X2, X3, X4, X5}
　　P2={X6, X7, X8, X9, X10, X12, X13, X14, X15}
　　P3={X6, X11, X12, X13, X14, X15}
　　P4={X16, X17, X18, X19}
　　P5={X13, X14, X15, X20, X22}
　　结构重要度分析：由于X1，X2，X3，X4，X5同属一个最小径集，X7，X8，X9，X10同属一个最小径集；X13，X14,X15同属三个最小径集；X16，X17，X18，X19同一个最小径集；X20，X21同属一个最小径集;X6，X12同属一个最小径集，根据结构重要度判别方法，经过计算可以得到：
　　冲压事故树分析结论：当冲压的手进入模具闭合区(A3)时，如果有防护栏一类的限制手指进入的安全装置，则能阻挡手进入危险区，即使滑块下降，也可避免事故发生;如果安全装置失效(A2)，这只能由光电、感应、红外线等控制的安全防护装置来使滑块停止下降，才能防止事故发生。而当急停装置失效(B1)，由于滑块下降，必然会发生事故。总之，当4个中间事件(Bl，B2，A2，A3)都发生时，事故才能发生，其中手进入模内和滑块下降是无法不发生的,所以，只要Bl，B2中有一件不发生(即有安全装置或急停装置)则可以保证手的安全。
　　由此可见，要解决冲床冲手，要尽量采用防护栅栏、自动或半自动进出料装置，或从设备产品安全上规定要采用机械拨手器、拉手器或双手按钮操作等以确保操作的安全，对于不能采用上述措施的工序(手进入模内)，则只能采用光电、感应、红外线等安全防护装置，两者必须具备其一。
　　从结构重要度分析，有关防护装置的4个基本事件(X16，X17，X18，X19)重要度最高，说明必须加设防护装置，并确保其有效。这要求设计人员和工艺人员在防护装置的功能、适应性、可靠性等方面积极公关，同时要从制度上对定期维护、可靠监督给予必要的保证。
　　5 风险控制措施
　　经过以上论述可以看出，造成冲压机械作业伤害的因素包括许多方面，要减少冲压伤害事故发生的频率，达到冲压作业系统的安全运行，必须实现该系统中人员、机械设备、工作环境等因素的合理匹配，使机械设备、工作环境、适应人的生理、心理特征，使人员操作失误少、工作效率高、简便准确。要达到这一目的，需对冲压机械作业实施安全控制措施。下面从安全管理措施和安全技术措施来分别讨论。
　　5.1安全管理措施
　　1、安全教育管理
　　冲压作业的安全管理是一项综合性工作，它不仅要有技术措施，而且要有严格、健全的管理办法。
　　（1）冲压作业人员安全管理教育
　　冲压机械作业安全防护意识应当落实到每一个生产人员，使冲压工人、技术人员和生产管理人员牢固树立安全第一的思想，熟练掌握冲压设备(冲床保护器，安全光栅)、模具、防护装置的安全操作技术。这要求他们进行不断的教育。安全教育的方法有三级安全教育、经常性教育、专门培训教育。
　　①三级安全教育 指厂级、车间级、小组级的安全教育。三级安全教育的内容有所不同，工厂一级要进行工厂安全生产情况和厂安全要求、注意事项等初步安全教育和训练。车间一级要进行车间安全生产知识和规章制度教育，重点讲解安全生产的意义，本单位伤亡事故的典型案例及事故发生的主要原因。小组级要进行冲压安全操作规程的教育，介绍本工种的工作性质、职责范围、生产情况，介绍冲床的特点，冲床伤害事故发生的原因和预防措施等。
　　②经常性安全教育 进行经常性的安全教育要力求形式多样、生动活泼。
　　③专业培训教育 通过培训教育把安全知识与工艺、设备、模具等有关知识有机地结合起来，提高工人的技术水平，使冲压工人和管理人员在掌握专业知识的同时提高安全操作的技能和技巧。以及对冲压作业中的各种危险因素及隐患的分析处理。
　　（2）安全生产责任制的制度管理
　　企业的各级领导、职能部门、工程技术人员和生产工人各司其职，各职能部门明确自己的责任，均担负起安全责任，建立安全生产责任制度。
　　（3）安全生产检查制度和奖惩制度管理
　　建立安全生产检查和奖惩制度不仅能够发现生产过程中的不安全状态和不安全行为，而且能够消除不安全因素，落实整改措施，改善劳动条件，防止事故发生，更能促进冲压机械作业安全的良性循环。
　　2、冲压设备(冲床保护器，安全光栅)的安全防护装置冲压设备(冲床保护器，安全光栅)本质安全和采用安全防护装置是冲压作业安全的基础和前提，使用管理是安全的保证。
　　冲压设备(冲床保护器，安全光栅)以及安全防护装置的安全管理包括：
　　（1）冲压设备(冲床保护器，安全光栅)和安全防护装置的维护保养○1严格遵守技术操作规范，冲压设备(冲床保护器，安全光栅)和防护装置要经常加润滑油，减少零件的磨损，保证设备的正常运行。
　　○2作业时必须认真检查设备的操纵系统、安全防护装置、电器和主要紧固件等，严禁带病运行（2）冲压设备(冲床保护器，安全光栅)和安全防护装置的维修制度。
　　维修过程中，要写出检修项目，实行经常性的定期点检。
　　3、危险源的标识管理
　　对于提高作业人员对危险的识别能力，除了对他们进行经常性和专门的冲压安全技术培训外，较容易做到的是对冲压作业系统的危险源进行标识管理。一般标识工作应考虑以下几个方面：
　　（1）车间标识 对于集中作业的冲压车间应当进行专门的安全管理，车间要有明显的安全警语和安全标志牌，并制定严格的安全管理制度和安全操作规程。这些规章制度力求简明扼要，用醒目文字展示于车间合适的地方。
　　（2）区域标识 按国家有关标准要求，车间通道和作业场所应当以区域线分开。车间通道用白色粗线按标准要求划出，划出的通道应保持通畅，不得任意挤占。作业场所用黄色区域线划出，范围应以作业点为中心，以操作空间大小为基准，划出合适的作业区域。
　　（3）设备标识 冲压设备(冲床保护器，安全光栅)形式多样，一般可从其吨位大小、运行速度、综合安全性能考虑进行分类挂牌标识。
　　（4）模具标识 可以按照国家标准要求，对使用的模具分别涂红、黄、蓝、绿色。
　　（5）工艺标识 根据有关工艺制定标准规定，冲压作业工艺制定应考虑到职工操作时的安全。对工艺过程中可能出现的危险，要编写相应的工艺措施，并在工艺卡上标出。
　　4、冲压工艺的安全管理
　　加强冲压工艺的安全管理，把安全技术措施和要求纳入工艺文件是非常必要的。
　　它不仅能够保证各项安全技术措施的落实，实现有效的安全生产，而且能够明确工艺技术人员的安全生产责任制。
　　有了具体明确的工艺文件作为生产依据，可以有效地防止无章可循或工艺纪律不明等原因造成的事故。
　　5、冲压环境管理
　　按照安全性评价的标准和现场管理的规定，做到设备合理布局、产品安全堆放，再加上有合理的采光、适宜的温度以及良好的现场安全环境，均可减少事故发生5.2 安全技术措施
　　冲压作业的安全技术措施范围很广，它包括改进冲压作业方式，改革冲模结构，实现机械自动化等，现几种可实现性较高的方式进行分析。
　　1、手用安全工具
　　冲压事故发生率最高的时段在取送、料阶段，而我国目前相当一部分冲压机械还是靠手取送料，解决这个问题的方法使用手用安全工具。在冲压中、小型冲压件时，采用手用工具将单件毛坯放置到模具中或将冲压由模具中取出可有效防止安全事故的发生。
　　手用工具的设计要符合安全人机学原理，同时要以不损伤材料和设备为前提。
　　但是手用安全工具不等同于安全装置，在使用手用安全工具的同时还要使用安全防护装置。
　　2、冲压设备(冲床保护器，安全光栅)的防护装置。
　　冲压机械的作业特点是滑块上、下往复直线运动，对置于上、下模具之间的板(带)料实行冲压，来完成加工动作。如果人体某部位(主要是手臂)仍处于上、下模之间未及时离开，会受到伤害。因此实现冲压作业的安全必须在危险区域装有安全防护装置。
　　冲压设备(冲床保护器，安全光栅)的防护装置形式较多，按结构分为机械式、按钮式、光电式、感应式等。
　　图6 冲压设备(冲床保护器，安全光栅)常用安全防护装置Fig6 Stamping equipment commonly used safety protection device机械式防护装置结构简单、制造方便，但是对作业干扰较大，通常有推手式、摆杆式、拉手式等。
　　光电式装置是由一套光电开关与机械装置组合而成的，当操作者的手进入模具区内时，光束受阻，发出电信号，从而达到滑块停止动作，不能下行的目的。光电保护装置有红外线光电保护装置和白炽光电保护装置。光电式保护装置使用方便，对作业基本无干扰。
　　接触式保护装置是利用接触杆来控制滑块运动的，有常开式和常闭式两种。这种保护装置结构简单，制作成本低，操作方便，工人工作时可串联若干套装置同时使用。适用于装有摩擦离合器的压力机和经改装后的刚性离合器的压力机。
　　实现冲压作业机械化和自动化，是保证工人的人身安全和设备安全的根本途径。
　　3、模具的防护措施。
　　（1）现有模具  设计合理安全的冲模是安全生产的前提设计模具时，模具结构应能保证操作方便，安全可靠，减少危险区范围，减少操作人员的手伸入危险区的可能，必要时用机械化、自动化装置代替手工操作。
　　实践证明，采用复合模、多工位连续模代替单工序的危险模，或者在模具上设置机械进出料机构，实现机械化自动化等都能达到提高产品质量和生产效率，减轻劳动强度，方便操作，保证安全的目的。模具常用机械化、自动化装置如下图所示。
　　图6 模具常用机械化、自动化装置
　　Fig6 The mold used mechanization， automation device（2）对冲压设备(冲床保护器，安全光栅)模具的改进  为提高冲压作业的安全性，在不影响模具强度和制件质量的情况下，可将现有的各种手工送料的单工序模具加以改进。对模具结构的改进,具体改进措施如下:
　　①将模具上模板的正面改成斜面。
　　②在卸料板与凸模之间做成凹槽或斜面。
　　③导板在刚性卸料板与凸模固定板之间保持足够的间隙，一般不小于15毫米到20毫米。
　　④在不影响定位要求时，将挡料销布置在模具的一侧。
　　⑤单面冲裁时，尽量将凸模的凸起部分和平衡挡块安排在模具的后面或侧面。
　　⑥在装有活动挡料销和固定卸料板的大型模具上，用凸轮或斜面机械控制挡料销的位置。
　　这样，更能保证工人操作方便，安全得到了保障，产量也将能得到相应的提高。
　　6  结  语
　　在以人为本，讲究安全的今天，生产中的安全事故日益受到关注。以上虽列举出了冲压安全事故发生的一些原因和预防措施，但冲压安全的关键还是在人，在具体的冲压生产过程中，操作者必须牢固的树立安全意识，严格遵守冲压操作规程，总结经验，提高自我保护能力，强化安全思想，加强安全管理。





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